汾西雙柳礦煤泥浮選試驗(yàn)研究＊

趙洪宇 原 野 郭文俊， 王紀(jì)成 舒新前

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；2.山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司運(yùn)銷管理中心，山西省介休市，032000）

由于近年來開采方法和煤層的變化，汾西礦業(yè)集團(tuán)下轄各礦中原煤的煤泥含量及灰分逐年增加，浮選環(huán)節(jié)在洗選過程中就顯得越來越重要。2005年汾西礦業(yè)集團(tuán)選煤廠曾經(jīng)對(duì)浮選系統(tǒng)進(jìn)行過一次改造，將浮選機(jī)更換為XJM－KS20型浮選機(jī)，浮選效果取得了較明顯的改善。在擴(kuò)建改造后，重介－浮選系統(tǒng)因加壓過濾機(jī)的處理能力不足，存在浮選尾礦灰分低及精礦池冒料等問題。為了解決這一問題，該廠增設(shè)了一條管路將重介－浮選系統(tǒng)的浮選入料部分或全部打入原浮選車間濃縮機(jī)，濃縮機(jī)的底流再進(jìn)入浮選機(jī)進(jìn)行浮選。

目前汾西礦業(yè)集團(tuán)選煤廠所選煤種都是來自雙柳礦原煤，屬中高灰、低硫、中揮發(fā)分及強(qiáng)粘結(jié)性肥煤，而現(xiàn)場(chǎng)仍然沿用舊的浮選藥劑制度，對(duì)雙柳原煤的洗選針對(duì)性不強(qiáng)，不僅影響經(jīng)濟(jì)效益而且造成資源浪費(fèi)。因此需要進(jìn)一步地對(duì)浮選工藝及藥劑制度進(jìn)行優(yōu)化改善，以提高浮選精煤回收率，對(duì)改善企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和更好的科學(xué)合理利用肥煤這一稀缺煤種具有重要意義。

1 試驗(yàn)煤樣及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)煤樣

煤樣來自汾西礦業(yè)集團(tuán)選煤廠浮選入料，煤泥水經(jīng)過濾后置于低于75℃的干燥箱內(nèi)烘干并冷卻至常溫，過0.5 mm篩后，再經(jīng)混勻、縮分以備用。

雙柳原煤煤質(zhì)特征參照GB／T476－2001《煤的元素分析方法》，其空氣干燥基水分為2.04%、灰分為20.19%、揮發(fā)分為24.20%、固定碳為53.57%、原煤煤樣的全硫?yàn)?.41%。由此可以看出，雙柳礦的煤泥屬于中灰低硫煤泥。

參照 GB／T19093－2003《煤粉篩分試驗(yàn)方法》，煤樣小篩分結(jié)果見表1。

表1 煤樣小篩分結(jié)果

由表1可以看出，0.147 mm～0.124 mm和小于0.043 mm粒級(jí)的含量較低，而其它粒級(jí)的含量相差不大；而大于0.074 mm粒級(jí)的含量為72.37%，說明該煤樣的平均粒度比較粗。煤樣灰分分布比較均勻，只有0.074 mm～0.043 mm和小于0.043 mm的顆?；曳州^高，說明該煤樣存在一定的泥化現(xiàn)象。煤樣累積粒度特性曲線圖見圖1。

圖1 煤樣累積粒度特性曲線圖

由圖1可以看出，正累積曲線的總體趨勢(shì)是向左下角凹進(jìn)，同樣可以說明該煤樣中細(xì)粒級(jí)的含量比較大。參照GB／T19092－2003《煤粉浮沉試驗(yàn)方法》，進(jìn)行煤泥的小浮沉試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 煤樣小浮沉試驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出，該煤泥的主導(dǎo)密度級(jí)是1.3～1.4 g／cm3，其產(chǎn)率為 41.84%，灰 分 只 有5.65%，這部分物料有利于浮選；1.4～1.5 g／cm3密度級(jí)的灰分高達(dá)17.07%，這部分物料會(huì)對(duì)浮選產(chǎn)生影響，影響精煤產(chǎn)率和灰分；而大于1.5 g／cm3且 小 于 1.8 g／cm3的含量較小，為7.29%。由此可以看出，該煤樣各個(gè)密度級(jí)的分布不均勻，且兩邊密度級(jí)含量較大，中間密度級(jí)含量較低。

1.2 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器包括1.5 L的MFDF－2浮選試驗(yàn)機(jī)（1000～3000 r／min自調(diào)）、PL2002型電子天平（最大稱量（max）為2100 g，實(shí)際分度值（d）為0.01 g）、華通 HL－1型箱形馬弗爐（范圍為0～1000℃）、HG101－1A電熱鼓風(fēng)干燥箱（范圍為0～300℃）、天馬JPT－50型架盤天平（最大稱量（max）為5000 g，檢定分度值（e）與實(shí)際分度值（d）均為5 g）、套篩（孔徑分別為0.5 mm、0.246 mm、0.175 mm、0.147 mm、0.124 mm、0.074 mm、0.043 mm）、DL－5C過濾機(jī)型過濾機(jī)、燒杯、盆、京立LD4－40型離心機(jī)以及鎮(zhèn)江產(chǎn)豐泰FTZ－200型標(biāo)準(zhǔn)篩振篩機(jī)。

1.3 分步釋放試驗(yàn)

為了更好地評(píng)價(jià)煤樣的浮選難易程度和藥劑的效果，按照MT144－86《選煤試驗(yàn)室分步釋放浮選試驗(yàn)方法》進(jìn)行分步釋放試驗(yàn)，結(jié)果見表3，根據(jù)表3做出分步釋放浮選曲線圖見圖2。

表3 分步釋放試驗(yàn)結(jié)果

圖2 分步釋放浮選曲線圖

結(jié)合圖2中的β曲線和表3中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，產(chǎn)品5浮選精煤的產(chǎn)率為89.26%、精煤灰分為15.34%，這說明選擇合適的藥劑制度對(duì)浮選工藝指標(biāo)具有很大影響，且可以提高的空間很大。

2 對(duì)現(xiàn)有浮選藥劑的正交試驗(yàn)及方差分析

試驗(yàn)采用汾西礦業(yè)集團(tuán)選煤廠浮選系統(tǒng)現(xiàn)在所采用的藥劑GF油和煤油進(jìn)行兩因素三水平正交試驗(yàn)，并得到最佳的油比，為后續(xù)的試驗(yàn)做準(zhǔn)備。其中浮選正交試驗(yàn)的條件為：煤漿濃度為80 g／L，煤 樣 灰 分 為 20.19%， 充 氣 量 為0.25 m3／m2·min。

試驗(yàn)的因素和水平為煤油600 g／t、850 g／t和1100 g／t，GF 油 分 別 為 70 g／t、100 g／t 和130 g／t，正交試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。正交試驗(yàn)結(jié)果中的產(chǎn)率、灰分和浮選完善指標(biāo)的方差分析結(jié)果分別見表5、表6和表7。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果表

表5 按產(chǎn)率進(jìn)行方差分析

表6 按灰分進(jìn)行方差分析

綜合以上的方差分析可以看出，捕收劑和起泡劑的用量對(duì)精煤產(chǎn)率、灰分和浮選完善指標(biāo)都有一定程度的影響，產(chǎn)率和灰分總體上都是隨著捕收劑和起泡劑用量的增加而變大，精煤產(chǎn)率低的情況下灰分也低，產(chǎn)率高時(shí)灰分也高。綜合考慮產(chǎn)率、灰分和浮選完善指標(biāo)后，當(dāng)煤油用量為850 g／t、GF油用量為100 g／t時(shí)，精煤產(chǎn)率可達(dá)79.32%，此時(shí)的精煤灰分為9.88%，浮選完善指標(biāo)為50.43%，可以達(dá)到較好地浮選效果。

表7 按浮選完善指標(biāo)進(jìn)行方差分析

3 浮選藥劑選擇的試驗(yàn)研究

根據(jù)煤樣性質(zhì)及現(xiàn)場(chǎng)工程師的經(jīng)驗(yàn)選擇了3組藥劑進(jìn)行試驗(yàn)，參照GB4757－84《選煤實(shí)驗(yàn)室單元浮選試驗(yàn)方法》結(jié)合實(shí)際條件，組合了9組浮選藥劑進(jìn)行試驗(yàn)，藥劑組合分別為A（煤油＋GF油）、B（煤油＋仲辛醇）、C（煤油＋雜醇）、D（柴油＋GF油）、E（柴油＋仲辛醇）、F（柴油＋雜醇）、G（NEK捕收劑＋GF油）、H（NEK捕收劑＋仲辛醇）及I（NEK捕收劑＋雜醇）。固定捕收劑用量為850 g／t、起泡劑用量選取70 g／t、100 g／t和130 g／t這3組，試驗(yàn)條件同上。

3.1 藥劑選擇試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上試驗(yàn)水平和試驗(yàn)固定條件對(duì)捕收劑采用煤油時(shí)的試驗(yàn)進(jìn)行分析，使用煤油、柴油和NEK作為捕收劑進(jìn)行A→I這9組試驗(yàn)，其結(jié)果見表8、表9和表10，最佳藥劑組合列表見表11。

表8 使用煤油作為捕收劑結(jié)果表 ／%

由表11可以看出，C組整體的灰分都比較低且都在質(zhì)量要求范圍內(nèi)，產(chǎn)率也較高，在滿足灰分條件下，C3組在C組中精煤產(chǎn)率最高，而且C組浮選完善指標(biāo)也較高，都超過了50%；E組的精煤產(chǎn)率和灰分隨著起泡劑用量的增加而增加，其中E2的灰分為10.35%，滿足質(zhì)量要求，此時(shí)產(chǎn)率達(dá)到82.69%，E3中起泡劑用量增大到時(shí)，精煤的灰分達(dá)不到質(zhì)量要求；H組的精煤灰分和產(chǎn)率都是隨著起泡劑用量的增加而增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)H3組水平時(shí)，精煤的灰分較高，達(dá)不到質(zhì)量要求，H2組的精煤灰分滿足要求且精煤產(chǎn)率達(dá)到85.21%，浮選完善指標(biāo)較大，其中H1和H2浮選完善指標(biāo)都超過了50%。

表9 使用柴油作為捕收劑結(jié)果表 ／%

表10 使用NEK做為捕收劑結(jié)果 ／%

表11 最佳藥劑組合列表 ／%

綜合以上分析，可以得出采用NEK作為捕收劑和仲辛醇作為起泡劑的H組灰分大都滿足要求，產(chǎn)率和浮選完善指標(biāo)都較高。

根據(jù)浮選藥劑選擇試驗(yàn)的結(jié)果，選擇H組藥劑進(jìn)行最佳藥劑用量的正交試驗(yàn)。NEK捕收劑濃度選擇依次為600 g／t、850 g／t和1100 g／t；仲辛醇濃度選擇依次為70 g／t、100 g／t和130 g／t。正交試驗(yàn)結(jié)果表見表12。

表12 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)汾西礦業(yè)集團(tuán)對(duì)銷售精煤灰分的要求和綜合考慮，當(dāng)選用NEK捕收劑用量為1100 g／t、仲辛醇用量為70 g／t時(shí)，精煤產(chǎn)率為87.28%、精煤灰分為11.03%、浮選完善指標(biāo)為48.18%。這組試驗(yàn)結(jié)果很大程度的提高了精煤產(chǎn)率，灰分也在10.5%附近，浮選效果比較理想。

3.2 表面活性劑種類及用量試驗(yàn)

為了進(jìn)一步提高浮選效果，本試驗(yàn)采用木質(zhì)素磺酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉作為表面活性劑考察其效果，十二烷基苯磺酸鈉和木質(zhì)素磺酸鈉的用量分別為50 g／t、75 g／t、100 g／t、125 g／t和150 g／t。表面活性劑的種類和用量對(duì)浮選精煤產(chǎn)率、灰分和浮選完善指標(biāo)曲線的影響如圖3、圖4和圖5所示。

圖3 表面活性劑用量—精煤產(chǎn)率曲線

綜合圖3、圖4和圖5的分析可知，添加十二烷基苯磺酸鈉對(duì)精煤產(chǎn)率和灰分都沒有得到明顯改善，當(dāng)使用木質(zhì)素磺酸鈉用量為75 g／t時(shí)，得到的結(jié)果比較理想。浮選完善指標(biāo)由在不添加表面活性劑時(shí)的 48.18% 提高到 49.86%，提高了3.49%；而精煤的灰分由11.03%降為10.46%，降低了5.17%。不但得到了較高的產(chǎn)率，精煤的灰分也在企業(yè)銷售精煤所要求的灰分上限10.5%之內(nèi)，達(dá)到了要求。綜合試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，在NEK捕收劑用量為1100 g／t、仲辛醇用量為70 g／t以及木質(zhì)素磺酸鈉用量為75 g／t時(shí)，得到了最佳的浮選效果。

圖4 表面活性劑用量—精煤灰分曲線

圖5 表面活性劑用量——浮選完善指標(biāo)曲線

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

針對(duì)采用NEK作為捕收劑和仲辛醇作為起泡劑的浮選藥劑對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)指標(biāo)進(jìn)行初步核算，浮選藥劑改進(jìn)前浮選煤泥的產(chǎn)品收益為881.68元／t，浮選藥劑制度改進(jìn)后浮選煤泥產(chǎn)品收益為1048.13元／t，新增經(jīng)濟(jì)效益166.45元／t。按照汾西礦業(yè)集團(tuán)洗煤廠處理量為150萬t／a、煤泥平均含量為10.32%以及浮選環(huán)節(jié)處理煤泥量為15.48萬t／a計(jì)算，可以得出浮選藥劑制度改進(jìn)后將新增收益2181.75萬元／a。

4 結(jié)論

（1）由于試驗(yàn)煤樣的平均粒度比較粗，0.074～0.043 mm和小于0.043 mm的顆粒灰分分別為21.77%和21.22%，該煤樣存在一定的泥化現(xiàn)象。

（2）使用現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)藥劑在煤油用量為850 g／t及GF油用量為100 g／t時(shí)，可以達(dá)到較好的浮選效果，即精煤產(chǎn)率為79.32%，同比現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)指標(biāo)76.27%提高了3.05%，浮選完善指標(biāo)為50.43%，同比現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)指標(biāo)46.96%提高了3.47%；精煤灰分為9.88%，同比現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)指標(biāo)12.01%降低了2.13%。

（3）使用新藥劑在NEK捕收劑用量為1100 g／t、仲辛醇用量為70 g／t及木質(zhì)素磺酸鈉為75 g／t的情況下得到了最佳的浮選效果，此時(shí)精煤的產(chǎn)率為87.02%，比現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)指標(biāo)精煤產(chǎn)率76.27%提高了10.75%；灰分為10.46%，比現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)指標(biāo)12.01%降低了1.55%，達(dá)到了企業(yè)對(duì)銷售精煤灰分10.5%的上限要求；浮選完善指標(biāo)為49.86%，比使用現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)藥劑降低了0.57%。

（4）當(dāng)使用NEK作為捕收劑和仲辛醇作為起泡劑的浮選藥劑制度時(shí)，可新增收益2181.75萬元／a。因此，對(duì)汾西礦業(yè)集團(tuán)洗煤廠浮選藥劑制度的改進(jìn)不但可以改善企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是可以更好的回收利用肥煤這一稀缺煉焦煤資源。

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